鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計

1、、題目某廠房總長度90m跨度為18m屋蓋體系為無檁屋蓋?？v向柱距 6m>1. 結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30,屋面坡度i=L/10 ； L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-20°C,無侵蝕性介質(zhì)，屋 架下弦標(biāo)高為18m2. 屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載 P=1.0作用 下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：Q345鋼，焊條為E50 型。3. 屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載（1）無檁體系：采用1.5 x 6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用） 荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式 q=0.12+0.011L , L為屋架跨度

2、，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m為單 位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷 載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載為 0.7kN/m2屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.45kN/m水泥砂漿找平層0.7kN/m2（按附表?。?保溫層0.4 kN/m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45kN/m150Jz5n7 5.15071507歷07”°】gCsE5C1 >0le = 9iW(a) 18米跨屋架TB1,0T3,470g1弐一 o7ooo10 i.o i°

3、63;102+ 7.962+ 9.279+ 9.279ace(b)18米跨屋架全跨單位荷載幾何尺寸作用下各桿件的內(nèi)力值可匚ege(c) 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值二、設(shè)計內(nèi)容1. 屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置根據(jù)車間長度、屋架跨度和荷載情況，設(shè)置上、下弦橫向水平支撐、垂直支撐和系桿，見下圖。因連接孔和連接零件上有區(qū)別，圖中給出W、W和W 種編號IVK7I4/221-1、2-2剖面圖2. 荷載計算三氈四油防水層水泥砂漿找平層 保溫層預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板屋架及支撐自重恒荷載總和0.45 kN/m0.7kN/m0.4kN/m1.45kN/m0.12+0.011L=0.318kN

4、/m3.318kN/m活荷載0.7kN/m積灰荷載0.7kN/m可變荷載總和1.4kN/m屋面坡度不大，對荷載影響小，未予以考慮。風(fēng)荷載對屋面為吸力，重屋面可不考慮。3. 荷載組合1.全跨永久荷載+全跨可變荷載可變荷載效應(yīng)控制的組合：F=(1.2 X 3.318+1.4 X 0.7+1.4 X 0.9 X 0.7) X 1.5 X 6=52.59kN 永久荷載效應(yīng)控制的組合：F ' =(1.35 X 3.318+1.4 X 0.7 X 0.7+1.4 X 0.9 X 0.7) X 1.5 X 6=54.43kN 故 F=54.43KN2.全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨永久荷載設(shè)計值：F

5、1=1.35 X 3.318 X 1.5 X 6=40.31kN半跨可變荷載設(shè)計值：F2=(1.4 X 0.7+1.4 X 0.9 X 0.7) X 1.5 X 6=16.76kN屋架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱桿 件 編 號單位內(nèi)力作用時的內(nèi)力系數(shù)組合1組合2計算內(nèi)里全跨A左半跨B右半跨CFX AF1XA+F2X CF1XA+F2X B上弦AB0.000.000.000.000.000.000.00BCCD-6.221-4.317-1.85-338.61-281.77-323.12-338.12DEEF-8.993-5.636-3.357-489.49-417.15-345.23-489.49FG

6、-9.102-4.551-4.551-495.42-443.18-443.18-495.42下弦ac3.4702.5370.933188.87155.51182.17188.87ce7.9625.3252.637433.37365.14410.20433.37eg9.2795.3123.967505.06441.64463.07505.06斜腹 桿aB-6.502-1.754-1.748-353.90-291.39-291.49-353.90Be4.7393.1581.581257.94217.53243.96257.94cD-3.382-1.862-1.520-184.08-161.80-1

7、67.54-184.08De1.8840.5401.344102.3298.4789.99102.32eF-0.6900.615-1.305-37.47-49.69-17.51-49.69Fg-0.462-1.6321.170-25.090.99-45.98-45.98豎桿Aa-0.5-0.50.00-27.16-20.16-28.54-28.54Ce-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Ee-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Gg0.8120.4060.40644.2039.5439.5444.204. 截面選擇按腹桿最大

8、內(nèi)力N=-353.9kN查表選用中間節(jié)點板厚度t=10mn,荷載支座節(jié) 點板厚度 t=12mm。1. 上弦 整個上弦不改變截面，按最大內(nèi)里計算： 假定入=60,對于雙角T形鋼，當(dāng)繞x.y軸失穩(wěn)時屬于類b截面，由附表查得 書x= 0.735 ，需要的截面幾何量：A=N/ 書 minf=4954.2 / (0.735X 310)=21.74cm2ix=l ox/ 入=150.75/90=2.51cmiy=l oy/ 入=300/90=5.0cm由附表選用 2L80X 10,A=30.26cm2 ,i x=2.42cm,i y=3.74cm入 x=|ox/i x=150.75/2.26=62.290

9、入 y=l oy/i y=300/3.54=80.21<入=150雙角T鋼型截面繞對稱軸(y)軸應(yīng)按彎扭屈曲計算長細比入yz b/t=8.0<0.58loy/b=21.75, 故按下式計算入 yz= X y (1+0.475b? /l oy2 t2 ) =81.194> 入 y故由入max=X yz =81.94，按b類查附表得書=0.553(T =N/ 書 A=4954.2/(0.632 X 30.26)=296.06N/mm2 <f=310N/mn2因截面無孔眼削弱， 可不驗算強度。 又因軋制鋼翼緣和腹板， 可不驗算局部穩(wěn)定填板每個節(jié)間放一塊 (滿足 l 1范圍內(nèi)不

10、少于兩塊) ,l a=75.38cm<40i=40X 2.42=96.8cm2. 下弦下弦不改變截面，按最大內(nèi)力計算：Nmax=505.06kN,l ox=300cm,loy=900cm 連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點板邊緣 的距離約為100cm(eg節(jié)間)，可不考慮螺栓孔削弱。需要的截面幾何量：A=N/f=5050.6/310=16.29cm2i x=l ox/ X =300/350=0.86cmiy=l oy/ X =1500/350=2.57cm由附表選用 2L75X 7， A=20.26cm2 ,i x=2.30cm,i y=3.47cmX x=l ox/i x=300/2.30=1

11、30.43< X =350X y=l oy/i y=900/3.47=259.37< X =350(T =N/A=249.29N/mr2 <f=310N/mn2填板每個節(jié)間放一塊， l 1=150cm<80i=80X2.30=184cm3. 斜腹桿(1)桿件 aB:N=-353.90kN,l ox=l oy=253.0cm假設(shè)入=80,對于雙角T形鋼，當(dāng)繞x.y軸失穩(wěn)時屬于類b截面，由附表 查得書x= 0.574 ，需要的截面幾何量：A=N / 書 minf=3539.0 / (0.574 X 310)=19.82cm2ix=l ox/X =253.0/80=3.16c

12、miy=l oy/X =3.16cm由附表選用 2L100X 6,A=23.86cm2 ,i x=3.10cm,i y=4.44cmX x=l ox/i x=253.0/3.10=81.61< X =150X y=l oy/i y=253.0/4.44=56.98雙角T鋼型截面繞對稱軸(y )軸應(yīng)按彎扭屈曲計算長細比入yzb/t=16.7<0.58loy/b=14.67,故按下式計算入 yz=3.9 X b(1+loy 2 X t2 /18.6b ? )/t=71.20< 入 x故由入max=X x=81.61，按b類查附表得書=0.563(T =N/ 書 A=3539.0/

13、(0.563 X 23.86)=263.45N/mm2 vf=310N/mn2 因截面無孔眼削弱，可不驗算強度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗算局 部穩(wěn)定填板放兩塊，l a=84.30cm<40i=40 X 3.仁124cm(2) 桿件 Bc:N=257.94kN,l ox=0.8l1=0.8/ X 261.3=209.04cm,l oy=261.3cm 需要的截面幾何量：A=N/f=2579.4/310=8.32cm 2ix=l ox/ 入=209.04/350=0.60cmiy=l oy/ 入=261.3/350=0.75cm由附表選用 2L63X 4, A=9.96cm2 ,ix=1

14、.96m,iy=2.94cm入 x=l ox/i x=209.04/1.96=106.65<入=350入 y=l oy/i y=261.3/2.94=88.88<入=350(T =N/A=258.98N/mr2 <f=310N/mn2填板放兩塊，l 仁87.1cm<80i=80X 1.96=156.8cm.(3) 桿件 Ee:N=-50.07kN,l ox=0.8l1=0.8 X 259.0=207.20cm,l oy=259.0cm。內(nèi)里 較小可按入選擇截面，需要的截面幾何量：ix=l ox/入=207.20/150=1.38cmiy=l oy/入=259.0/150

15、=1.73cm由附表選用 2L50X6,A=11.38cm2 ,i x=l.51cm,i y=2.48cm入 x=l ox/i x=207.20/1.51=137.22<入=150入 y=l oy/i y=259.0/2.21=104.44<入=150雙角T鋼型截面繞對稱軸(y )軸應(yīng)按彎扭屈曲計算長細比入yz b/t=8.33<0.58loy/b=29.93,故按下式計算入 yz=X y (1+0.475b? /loy 2 t2 ) =105.72< 入 x 故由入max=入x=137.22，按b類查附表得書=0.260(T =N/ A=500.7/(0.260 X

16、11.38)=166.04N/mm2 <f=310N/mn2因截面無孔眼削弱，可不驗算強度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗算局 部穩(wěn)定填板放四塊,l a=51.8cm<40i=40 X 1.51=55.2cm其余桿件截面選擇見表，注意連接垂直支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計算長度l o=0.9l,其他腹桿除Aa外，l ox=0.8l.物價桿件截面選用表桿桿內(nèi)里計算長度(cm)所用截件件設(shè)計面名號值稱(kN)截面 積(cm2計算應(yīng)力(N/mm2 )容許 長細 比入桿件端部 的角鋼肢 背和肢尖焊縫填板 數(shù)丿l oxl oy上FG-495.150.75300.02L80 X 128

17、.2274.35150每節(jié):弦420106間1下eg505.0 1300.001500.2L75X7 120.2249.29 :350每節(jié):弦606間1aB-353.253.0253.02L100X23.8263.451506-160290664-120斜Bc257.9209.04261.32L63 X 49.96258.983504-1702腹404-90桿cD-184.229.12286.42L90 X 621.2169.281506-90308084-70De102.3229.12286.42L30 X 44.56224.363504-703204-40eF-49.6249.92312.

18、42L56 X 816.7130.761506-4049044-30Fg-45.9249.92312.42L56 X 816.7121.01506-4048044-30Aa-28.5199.0199.02L45 X 610.1121.081506-403豎464-30桿Cc-57.0183.2229.02L45 X 610.1209.591506-403764-30Ee-57.0207.20259.02L50 X 611.3166.041506-404784-30Gg44.20289 X+ 36 X 56.7665.382006-4030.9=260.14-305.節(jié)點設(shè)計(1)下弦節(jié)點設(shè)計”

19、 c”先算腹桿與節(jié)點板的連接焊縫：Bc桿肢背及肢尖的焊縫的焊腳尺寸取 hfi=hf2=4mm則所需的焊縫長度(考慮起滅弧缺陷)：肢背 I w仁257940/(3 X 0.7 X 4X 200)+2 X 4= 161.54mm,用 170mm;肢尖 | w2=257940/(6 X 0.7 X 4X 200)+2 X 4=84.77mm用 90mm.腹桿Cc和cD的桿端焊縫同理計算，其次驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫，內(nèi)力差 N=Nce-Nac=433.37-188.87=244.5kN > 75.76kN .由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點板量得節(jié)點板長度是52.0cm,角焊縫計算長度l v=52.0

20、-1.2=50.8cm,采用hf=6mm肢背焊縫應(yīng)力為：t 1=244500/(3 X 0.7 X 6X 508)=38.20N/mm2 vff =200N/mm下線節(jié)點“ c”(2) 上線節(jié)點“ B”腹板aB,Bc的桿端焊縫計算同上。這里驗算上線與節(jié)點板的連接焊縫：節(jié)點 板縮進8mm肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載：Q=54.43kN,hf =t/2=5mm,l wi=l w2=48.0-1.0=47.0cm(T =54430/(2 X 0.7 X 5X 470)=16.55N/mm2 <B ff=1.22 X 200=244N/mm 肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差 N=MBNBC=338.12-

21、0=338.12kN >74.31kN,偏 心距 e=8-2.5=5.5cm 偏心力矩 M=A Ne=338.12 X 5.5=18.60kN m,采用h f=10mm則對厶 N:t =338120/(2 X 0.7 X 10X 508)=47.54N/mm2對 M :(T f=6M/(2 X he X l W2 )=6 X 18600000/(2 X 0.7 X 10 X5082 )=30.89N/mm2則焊縫強度為：2(a f/ B f) 2 +t f2 =53.86N/mn2 <ff=200N/mm上弦節(jié)點“ B'(3)屋脊節(jié)點“ G'腹桿桿端焊縫計算從略。弦

22、桿與節(jié)點板連接焊縫受力不大，按構(gòu)造要求決定 焊縫尺寸，可不計算。這里只進行拼接計算，拼接角鋼采用與上弦桿相同截 面2L80X 10,除倒棱外，豎肢需切去 =t+hf+5=10+10+5=25mr按上線坡 度熱彎。拼接角鋼與上弦連接焊縫在接頭一側(cè)的總長度(設(shè)hf=10mm刀 I w=N/(0.7h f x f f )=353.87mm共四條焊縫，認為平均受力，每條焊縫實際長度：I w=353.87/4+20=108.47mm拼接角鋼總長度為：1=21 w+20=236.94mmv 600mm取拼接角鋼長度為600mm.5寸1010101-30L Z6-4?屋脊節(jié)點“ a”(4)支座節(jié)點“ a”(

23、5)支座節(jié)點“ a”桿端焊縫計算從略，以下給出底板等的計算 底板計算支反力Q=327.18kN,混凝土強度C30, fc=14.3N/mn2 ,所需底板凈面積：An=327180/14.3=22879.72mm2 =228.80cm2錨栓直徑取d=25mm錨栓孔直徑為50mm則所需底板毛面積：A=A n+Ao=228.80+2 X 4 X 5+3.14 X 52 /4=2580.43cm2按構(gòu)造要求采用地板面積為aX b=28X 28=784cn2 >280.43cm2 ,墊板采用-100X 100X 12,孔徑26mm實際底板凈面積為：An=784-2 X 4X 5-3.14 X 52 /4=724.4cm2底板實際應(yīng)力：q=3271.8/724.4=4.52N/mm2a仁V(14-0.5) 2 +(14-0.6) 2 =18.92cmb 仁 13.5 X 13.4/18.92=9.45cmb "a 仁9.45/18.92=0.50,查表得 B =0.056，則:M= B qa2 =0.056 X 4.52 X 189.2 2 =9060.85N mm所需底